圍繞智能變電站自動化設計方案，分析智能變電站網絡結構及以太網交換機的先進技術，結合工程實際提出采 用數字化系統網絡的措施和方案及以太網交換機配置優化方案。

近年來基于IEC61850標準的智能變電站建設越來越多，多數220kV的智能變電站配置站控層、間隔層和過程層3層結構。隨著對IEC61850標準研究和應用的深入以及國內各廠商基于IEC61850標準產品的豐富，特別是智能一次設備中更多的整合二次設備的功能，利用先進的以太網交換機信息傳播技術，使間隔層與過程層合并在技術上成為可能。

本文描述的智能變電站含2個電壓等級220/66kV，2臺主變壓器，4回220kV出線，10回66kV出線，220kV配電裝置采用雙母線接線，66kV采用單母線分段接線。通過經濟技術比較，提出了220kV智能變電站兩層設備一層網絡的網絡結構體系，并對組網交換機進行優化配置。

智能變電站設備的整合優化

1)智能化的一次設備。一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路采用微處理器和光電技術設計，變電站二次回路中常規的繼電器及其邏輯回路被可編程序控制器代替，常規的強電模擬信號和控制電纜被光電數字和光纖代替。

220kV智能變電站220kV配電裝置集成智能接口裝置，包括合并單元和智能終端，智能接口裝置對外接口均為光纖以太網口，實現了一次設備對二次的智能接入。

2)網絡化的二次設備。變電站內常規的二次設備，如繼電保護裝置、測量控制裝置、防誤閉鎖裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、同期操作裝置以及在線狀態檢測裝置等全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，設備之間的連接全部采用高速的網絡通信，二次設備不再出現功能裝置重復的I/O現場接口，通過網絡真正實現數據共享、資源共享，常規的功能裝置變成了邏輯的功能模塊。

3)數字化的計量設備。有數字接口的計量裝置不再需要模擬量采集回路。模擬量是通過網絡獲取電流、電壓的瞬時采樣值，通過采取適當的算法進行電能的計算。因此全數字化的計量裝置可以集成到保護測控裝置中，即可實現保護、測量、控制和計量一體化。

網絡優化與整合

智能化一次設備和網絡化二次設備的使用，使通常三層兩網的智能變電站網絡結構得以優化整合。

相對于以往的智能變電站，本站采用兩層設備一層網絡，具備以下特點。

1)設備層內部的信息交換，如測量保護裝置與合并單元之間采用直接采樣的方式，與智能終端之間直接交互GOOSE信息。以上信息傳輸均不經過系統層網絡，在系統層及系統層網絡失效的情況下，仍能獨立完成設備的信息采集、設備運行的控制和保護命令的執行等。而且所有雙重化配置保護均采用直采直跳，采樣值信息與GOOSE信息的傳輸通道在物理上完全獨立，不存在共網傳輸的可能，當一個通道/設備異常或退出運行時不影響另一通道/設備的運行，完全滿足智能變電站繼電保護技術規范的要求。

2)設備層之間的信息交換，主要為跨間隔的跳閘及設備層各設備之間的聯閉鎖。220kV母線保護采用直接采樣直接跳閘的方式，信息傳輸不需要經過網絡，母線保護所需開入量(失靈啟動、刀開關位置觸點、母聯斷路器過電流保護啟動失靈和主變壓器保護動作解除電壓閉鎖等)采用GOOSE網絡傳輸;66kV母線保護采用直接采樣直接跳閘的方式。主變壓器保護直接采樣、直接跳閘各側斷路器;主變壓器保護跳母聯、分段斷路器采用GOOSE網絡傳輸。設備之間的聯閉鎖通過GOOSE網絡實現，此類信息占用網絡流量較少，且僅在正常操作引起設備變位時有信息交換。以上所有GOOSE信息均可以通過IEEE802.1p優先級排隊協議設置較高的優先級等級，保證信息傳輸的實時性;同時可以通過GMRP組播技術保證數據的定向分流，如主變壓器保護跳母聯斷路器的GOOSE報文僅發至母聯間隔而不發到其他間隔，如圖1所示。

3)設備層與系統層之間的信息交換，本站計算機監控系統主機(含保護信息管理子站、一次在線監測主機等功能)、遠動主機、二次設備在線監測及故障錄波系統主機直接接入系統層網絡。其中二次設備在線監測及故障錄波系統需采集采樣值信息及各種GOOSE信息，網絡流量較大。本站采用多端口鏡像技術，二次設備在線監測及故障錄波系統直接與各交換機通過光纖以太網相連，避免了大流量數據在系統層內部傳輸。其余各保護測控計量一體化裝置上傳信息、在線監測主IED、一體化電源系統等上傳信息均為MMS信息，數據量小，且可通過GMRP技術實現信息的定向傳輸;本站由站域控制實現低周減載功能，通過GOOSE網絡切除66kV負荷線路，此類信息通過交換機設置IEEE802.1p優先級排隊協議，保證跳閘信息的實時性傳輸。

4)系統層內部的信息交換。此類信息主要為MMS信息及GOOSE信息，網絡流量較少且對實時性要求不高。

5)全站的網絡交換機均支持IEC61588協議，邊界時鐘的同步性能也不會受到網絡負載影響。

基于以上分析，220kV智能變電站將過程層設備和間隔層設備整合為設備層設備，設備層設備與系統層設備之間為系統層網絡;形成兩層一網的網絡結構。系統層MMS網絡、采樣值網絡和GOOSE網絡與61588對時網絡共網傳輸。兩層設備及邏輯接口的邏輯關系如圖2所示。

智能變電站網絡的流量分析

為避免交換機流入流量超負荷，使網絡產生阻塞，依據全站交換機的配置原則，本節對智能變電站網絡進行流量分析，分別針對星形網絡和環形網絡進行流量理論計算，得到如下結論。

(1)SMV數據流量

IEC61850-9-2工程中實際最大報文長度單間隔SMV理論計算流量，按照每幀1點(12個模擬量通道)計算，一個合并單元的數據流量為5.088Mbit/s。